C语言学习笔记 - 2

合集 - C语言学习笔记(2)
1.C语言学习笔记 - 2
2.C语言学习笔记 - 1
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7. 控制语句

if 语句

不推荐用else，虽然符合业务逻辑，但是不够直观，需要将前面 N 个条件判断看懂，才能明白何种条件下才能进入else语句块中。
因此，下面代码中最好用 else if (data % 3 == 2)

int data = 0;
cout << "请输入一个int数值：";
cin >> data;

if (data % 3 == 0)
{
    cout << data << "对3的余数为0" << endl;
}
else if (data % 3 == 1)
{
    cout << data << "对3的余数为1" << endl;
}
else
{
    cout << data << "对3的余数为2" << endl;
}

switch...case 语句

1. 语法格式

case语句中不能初始化变量

switch (表达式1) // 表达式结果不能是实型、字符串
{
    case 值1:    // 只能是常量表达式：整型(long、int、short、char)
        语句1;
        break;
    case 值2:
        语句2;
        break;
    case 值3:
        语句3;
        break;
    default:
        语句4;
        break;
}

2. C和C++的switch不同点

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3. switch...case 反汇编

在 case 较少的情况下，switch...case 与if...else 是一样的
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4. switch...case 跳转表

当 case 较多的情况下，编译器会考虑以空间换时间，对 switch case 进行优化（优化方案：添加跳转表）

由于 case 后的数据为相邻整型变量，所以系统在编译阶段，将这些数值映射为跳转表，将表头地址记录下来用于寻址。

  1. 编译阶段开辟一段连续空间，内部存储每个case语句块的入口地址，将寻址方式写入代码段：jmp dword ptr [edx*4+0B3844h]
  2. 运行时计算 switch值 与 case最小值 的 距离 (求差)
  3. 若 距离 大于 case最小值 与 case最大值 之差，说明 switch值 大于最大值或小于最小值。直接跳转至default语句块
  4. 将 距离 传入 edx 中，代入寻址公式跳转
int main()
{
......
	int a = 102;
000B37EA  mov         dword ptr [a],66h  
	switch (a)
000B37F1  mov         eax,dword ptr [a]  
000B37F4  mov         dword ptr [ebp-4Ch],eax  
000B37F7  mov         ecx,dword ptr [ebp-4Ch]  
000B37FA  sub         ecx,64h  
// 和case中的最小值作差，得到从最小case距离与a相等case之间的距离 ---> 2
000B37FD  mov         dword ptr [ebp-4Ch],ecx  
000B3800  cmp         dword ptr [ebp-4Ch],3  
// 比较距离是否在范围内 ---> 2 < 3
000B3804  ja          $LN7+9h (0B3834h)  
// 若距离大于所有case的长度，跳转至default语句块
000B3806  mov         edx,dword ptr [ebp-4Ch]  
000B3809  jmp         dword ptr [edx*4+0B3844h]  
// 以0B3844作为基址，加上距离*4(一个地址4位)，此处存储的是语句块的起始地址。
	{
	case 100:
		t = 100;
000B3810  mov         dword ptr [t],64h  
		break;
    ......
	default:
		t = 104;
000B3834  mov         dword ptr [t],68h  
		break;
	}

	return 0;
000B383B  xor         eax,eax  
}

case值间距过大不用跳转表

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for 循环语句

循环嵌套时：先考虑内层循环，再考虑外层，避免混乱！

for循环语句的汇编实现
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while 循环语句

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do...while 循环语句

do
{
    循环体;
}while(表达式1);

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goto 不要用

8. 数组

一维数值数组

局部变量存储在栈区

  1. 概念：用一段连续的空间，存放相同类型的数据的容器，叫做数组

  2. 定义一个数组，必须知道该数组 有几个 元素，起什么 名字，以及每个元素的 类型

  3. 定义步骤：（注意优先级）

    1. 数组名和中括号结合，表明是数组
    2. 数组有几个元素，中括号里就写几
    3. 用数组的元素类型，定义普通变量
    4. 从上往下，整体替换
    定义一个数组有5个元素，每个元素为函数的入口地址，该函数为void

func(int, int)
arr[5];
*p;
void func(int, int);

----->*arr[5]

----->void (*arr[5])(int, int);

  4. 分析步骤
    和 [] 结合表示数组，和 * 结合表示指针，和 () 结合表示函数

    int *arr[5]     指针数组
int (*arr)[5]   数组指针
int (*arr)(int, int)    函数指针数组

  5. 定义数值数组

    int arr[5];
int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
for(int i = 0; i < len; i++)
{
    cout << arr[i] << " ";
}
cout << endl;

  6. 初始化数值数组

// 全部初始化
// int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
// int arr[] = {10, 20, 30, 40, 50};

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// 部分初始化
// int arr[5] = {10, 20, 30};
// int arr[5] = {0};
int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
for(int i = 0; i < len; i++)
{
    cout << arr[i] << " ";
}
cout << endl;

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  1. 指定下标初始化
    int arr[] = {1, [3]=5};

  2. 一维数值数组的元素的操作

二维数值数组

局部变量存储在栈区

定义与概念

int arr[3][4];
sizeof(arr); 二维数组总大小
sizeof(arr[0]); 一行数组的大小
sizeof(arr[0][0]); 数组元素的大小

二维数组的行数 row = sizeof(arr) / sizeof(arr[0])
二维数组的列数 col = sizeof(arr[0]) / sizeof(arr[0][0])

初始化

  • 都可以省略行数下标，不能省略列标
  • 未被初始化的部分自动补0

  1. 分段初始化（全部初始化）
    int arr[3][4] = {{1,2,3,4},{5,6,7,8},{9,10,11,12}};

  2. 分段初始化（部分初始化）
    int arr[3][4] = {{1,2},{5},{9,10,11}};

  3. 连续初始化（全部初始化）
    int arr[3][4] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};

  4. 连续初始化（部分初始化）
    int arr[3][4] = {1,2,5,9,10,11};

二维数组在内存中线性存储

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二维数组排序

#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    int arr[3][4] = {34,15,33,7,2,9,31,67,53,44,89,14};
    int row = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    int col = sizeof(arr[0]) / sizeof(arr[0][0]);
    int len = row * col;
    int* p = arr;
    int i = 0;
    for(i = 0; i < len - 1; i++)
    {
        int j = 0;
        for(j = 0; j < len - 1 - i; j++)
        {
            if(*(p+j) > *(p+j+1))
            {
                int tmp = *(p+j);
                *(p+j) = *(p+j+1);
                *(p+j+1) = tmp;
            }
        }
    }

    for(i = 0; i < row; i++)
    {
        int j = 0;
        for(j = 0; j < col; j++)
        {
            printf("%d ", arr[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

使用方法

变化的值放内层循环。

一维字符数组

局部变量：字符数组在栈区，字符串在只读数据区

初始化

  1. 逐个字符初始化字符数组，未被初始化的部分自动补 '\0'
    char buf[32] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'};
  • char buf[5] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'}; 若输出会造成内存泄露，因为字符串读取遇到 '\0' 才会结束，因此让末尾字符为 '\0'，或多申请一个字符让其初始化时自动补 '\0'。
  1. 以字符串的形式初始化字符数组
    char buf[16] = "hello";
  • buf[5] = "hello"; 初始化时会内存污染，因为字符串常量会默认在字符串末尾加 '\0'
  1. 字符数组长度可以不写
char buf[] = "hello";
sizeof(buf) = 6

清零

char buf[16] = "";

  • 双引号中看起来没有东西，实际上内部存储了一个 '\0'，后面自动补 '\0'

遍历

  1. 用while遍历，以'\0'为判断依据
  2. 若字符串里有'\0'，用for循环逐个字符遍历
  3. 增、删、改、查、拷贝、替换、加密、图片信息等面向字符的操作，用for循环逐个字符操作
  4. 直接cout字符串，仅用于查看

字符串

  • 不能获取带空格的字符串
  • C++获取带空格的字符串：cin.getline(buf, sizeof(buf)); sizeof(buf)中默认包含一个 '\0'，所以传4的时候，输出的字符串有3个字符+1个 '\0'
  • 字符串是一个变量，使用时给出一个地址，就算是局部变量 char str = "a" 也不会存在栈区。

字符串输入

  • scanf和%s结合不能获取带空格的字符串，如果首次遇到空格或回车会自动跳过
  • gets能获取带空格的字符串，遇到换行符结束（不包含换行符），但是获取输入内容的时候，不会判断字符串大小，容易造成访问越界。
  • fget解决了gets的不安全问题，(并且包含换行符)
    char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
buf[strlen(buf) - 1] = '\0'; // 清掉回车

二维字符数组

  • 二维字符数组局部变量存在栈区，字符串常量存在只读数据区。初始化时以4位为一个块进行拷贝，剩余部分以4位 '\0' 补位

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  • 字符串常量在只读数据区的话，是连续存储的么？通过反汇编观察到，不一定连续

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  • 二维数组中的某一行越界，造成什么结果？
    发现汇编指令用的是 rep movs ，rep是重复指令，依赖ecx(计数寄存器)重复了多少次。上面存在 mov ecx, 8 ，那么8是从何而来呢？
    首先这条指令 rep movs dword ptr es:[edi],dword ptr [esi] 用的是 dword 4字节拷贝，而二维字符数组的列是32位，32 除 4 等于8 ，刚好将字符数组的一行装满。

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以下初始化的区别？

char buf[4][32] = {'\0'}; // 存在栈区吧？
char buf[4][32] = {""}; // 存在只读数据区？

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char buf[32] = "";
char buf[32] = {""};

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strlen和sizeof的区别

  • strlen函数测量字符串变量的长度（遇到 '\0' 结束测量，长度不包含 '\0' ）
  • sizeof函数测量字符串类型的长度，包含 '\0'
    • 【注】从数组作为函数的形参中能明确该问题，不能在函数里用sizeof计算大小，因为它是指针变量或数组指针变量，但是能用strlen计算字符串大小，因为它遇到'\0'结束
  • sizeof是关键字，编译器就计算出结果，将结果直接作为常量写在代码段

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9. 函数

函数定义原则

  • 函数的功能要单一
  • 除业务必须使用外，不要用全局变量，会破坏函数封装性
  • 封装性。不管调用几次，函数只有一份，节约空间
  • 函数调用需要出入栈的开销，耗费时间。典型的 用时间换空间

函数的定义、声明、调用

  1. 定义：确定函数名、返回值类型、形参、实现 函数体
  2. 调用：函数名(实参);本质是执行函数体的功能代码
  3. 声明：对函数名、返回值类型、形参类型进行提前声明，不会实现函数体

形参、实参、返回值

  • 形参：定义函数的时候 () 里面的参数为函数形参

    • 在定义函数的时候，形参不占空间。只有 调用函数的时候，系统才给形参 开辟空间【入栈】
      • 假设若定义时就开辟空间，但是没有调用，浪费空间
      • 若不管浪费空间的问题，定义时开辟，若同时多次调用会冲突
    • 有些编译器会将 参数存入寄存器 ，不同编译器可以接参的寄存器和个数不一样，需要测试一下。寄存器个数不够，会继续入栈
    • 本质就是局部变量，函数结束，形参会被释放【调用约定、平栈】

  • 实参：调用函数时，传递给函数的参数值，就是实参

    • 实参传递给形参的方式只有单向传递，只是单向传递又分为：传值、传地址、传引用。

  • 函数返回值：
    若函数无返回值，默认为int
    image

返回值小于4B，存入寄存器EAX中

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返回值大于4B小于8B，存入寄存器EAX和EDX中

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返回值大于8B放入栈区的临时空间
将所有参数入栈后，最后将一个临时空间地址入栈，当被调函数返回前，会将返回值存入临时空间，将临时空间的地址存入寄存器EAX中返回给主调函数

image

函数调用流程

Linux 是由shell解析器bash进程调起的main函数

形参类型

  • 普通变量作为函数的形参，函数内部只能对外部变量进行读操作，不能修改外部变量值

  • 数组作为函数的形参，那么函数内部可以操作外部数组的元素。eg:形参arr完全等价于外部的实参arr

  • 二维数组做函数形参时，列下标不能省略。并且函数里面的二维数组求sizeof和函数外不一样。

10. 排序

冒泡排序

每次两两比较，将最大值交换到最后。

外层循环可以看成：需要找到 n-1 个最大值就可以排序成功，最后一个数不需要比较即为最小值。循环条件为：【i<n-1】

内层循环中，两两相比【j 与 j+1】，为了保证不越界，j 要小于n，并且j+1 也要小于n，取教小范围【j+1<n ---> j<n-1】。并且每次外层循环都能找到一个最大值，已找到的最大值不再需要比较，因此循环条件为：【j < n - 1 - i】

优化：内层循环若一次都没有交换，那么前面数据就是有序的，可以跳出排序了。

for(i = 0; i < n - 1; i++)
{
    for(j = 0; j < n - i - 1; j++)
    {
        if(arr[j] > arr[j+1])
        {
            arr[j] = arr[j] ^ arr[j+1];
            arr[j+1] = arr[j] ^ arr[j+1];
            arr[j] = arr[j] ^ arr[j+1];
            flag = 1;
        }
    }
    if(0 == flag)
    {
        break;
    }
}

选择排序

以 第i位 为假设最小值，遍历时比较并记录最小值的下标，若下标与 第i位 不同，则交换。

内层循环每次的记录值都是 i，并且每次都从 i的下一位 开始比较。

for(i = 0; i < n - 1; i++)
{
    int tmp = 0, j = 0;
    for(tmp = i, j = i + 1; j < n; j++)
    {
        if(arr[tmp] > arr[j])
            tmp = j;
    }
    if(i != tmp)
    {
        arr[i] = arr[i] ^ arr[tmp];
        arr[tmp] = arr[i] ^ arr[tmp];
        arr[i] = arr[i] ^ arr[tmp];
    }
}

11. 指针

大小端

  • 低低高高为小端
    低地址存低位，高地址存高位

物理地址通过MMU转化为虚拟地址

  • 32位平台，地址编号的大小是4字节

  • 64位平台，地址编号的大小是8字节

  • 类型可以认为是为了区分内存大小

  • 指针本质指的是地址编号的类型

  • 指针类型变量都是4字节/8字节（32位/64位）

地址和指针的区别

地址：系统为内存的每一个字节分配的编号
指针：指的是地址编号的类型
指针变量：本质是变量，存储的是地址编号
指针根据类型的大小，可以从存储的地址编号开始访问

定义指针变量的步骤

  1. *修饰指针变量名
  2. 保存谁的地址就定义谁
  3. 从上往下整体替换

案例1：定义一个指针变量p，保存int data 的地址
int data = 100;

  1. *p
  2. int data
  3. int (*p)
  4. int *p
  5. p = &data

案例2：定义一个指针变量p，保存int arr[5] 的首地址

  1. *p
  2. int arr[5];
  3. int (*p)[5]; // 数组指针

案例3：定义一个指针变量p，保存int my_add(int, int)入口地址

  1. *p
  2. int my_add(int, int)
  3. int (*p)(int, int) //函数指针

指针变量的定义分析

在定义的时候，*的作用 是描述p为指针变量，变量名为p
int *p;

int data;
// 定义的时候，*描述p为指针变量，&data赋值给p，而不是*p
int *p = &data;

指针变量的初始化

  1. 初始化为合法的空间（较少使用）
    int data;
    int *p = &data;

  2. 初始化为空
    int *p = NULL;// 给p赋值，不是*p哦

    • #define NULL (void*)0 是0地址编号
    • 只有当p指向合法地址空间时，才能使用

通过指针变量访问空间内容

*p == data == 100;

*p 取地址
mov eax, dword ptr[p]
mov ecx, dword ptr[eax]

在使用中：*p表示取p所保存地址编号对应空间的内容

指针变量相关类型

int data = 0;
int *p = &data;

  1. 指针变量自身的类型
    • 将变量名去掉，剩下啥类型，自身就是啥类型。p自身类型是int*
    • 仅为赋值时使用，判断类型是否匹配
  2. 指针变量指向的类型
    • 将变量名以及离变量名最近的一个* 一起去掉，剩下什么就是指向什么类型。p指向的类型为int
    • p保存了 data的地址 == p指向了 data == p指向类型就决定了p能保存指向类型定义的变量的地址
      eg:p指向类型为int 就决定了 p能保存int定义的变量的地址。

指针变量的指向类型的作用

  1. 指向类型的大小 决定了 指针变量的取值宽度
  2. 指向类型的大小 决定了 指针变量+1的跨度

&和*的关系

int data = 0; // data的类型为int
&data;// 整个表达式的类型为int*
int *p; // p 的类型为int*
&p; // 整个表达式的类型为int**
对变量取地址的类型为变量的类型+*

int data = 0;
int *p = &data
p的类型为int*
*p整体的类型为int
对地址取内容的类型为地址类型基础上-*

在使用中，&和*一起出现，从右往左依次抵消。

void

  • sizeof(void) == 1是编译器特点，C语言中规定是没有大小的
  • void不能定义普通变量
    系统无法根据data的void类型为其开辟空间，所以定义失败
  • void*可以定义变量，是万能指针
  • void*是指针类型，本质是指针类型，32位平台任何指针都是4字节，64位平台是8字节
    可以保存任何一级指针类型的地址
  • +1会报错，不能跳，*p会报错，因为指向类型是void，void类型没有宽度和跨度
  • 强制类型转换，才能+1或取*，但不改变p自身类型（void*）
  • 多数作为函数参数使用，达到函数功能通用的目的

数组指针

int arr[5] = {1,2,3,4,5};

  • arr数组名 代表的是数组首元素的地址，不是数组首地址
  • arr + 1代表第1个元素地址，
  • 数组名是符号常量，不能被赋值
    arr++会报错
  • 数组元素的指针变量，
int arr[5] = {100,200,300,400,500};
int *p = arr;
cout << *p++ << endl;   // 100
// * 与 ++ 的运算符优先级相同，从右向左结合
//
cout << *(p++) << endl; // 200
cout << (*p)++ << endl; // 300

[] * ()区别

arr[1] ==> *(arr + 1) == *(1 + arr) == 1[arr]
[]是*()的缩写：[]左边的数写在+左边，[]里面的数写在+右边
&arr[0] == &*(arr + 0) == arr + 0 == arr
数组的中括号里可以为负数

int arr[5] = {100, 200, 300, 400, 500};
int* p = arr
cout << p[3] << endl;
// *(p+3) = 400

指针运算

指针减法含义：两个地址之间的元素个数
指向同一个数组的两个指针相减，不是单纯的地址相减，相减后除以一个单位的大小
指向同一个数组的两个不同类型指针不能相减，会报错，强转后可以
指向同一个数组的两个指针相加无意义

二维数组

二维数组的数组名代表首行的首地址，+1 跳过一行
数组指针代表数组的首地址，+1 跳过一个数组

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